化工裝置安全設計

A. 球罐的危險性有哪些設計時如何考慮避免這些危險的發現

一、防止事故發生的安全技術
防止事故發生的安全技術的基本出發點是採取措施約束、限制能量或危險物質，防止其意外釋放。常用的防止事故發生的安全技術有消除危險源、限制能量或危險物質、隔離等。

消除危險源</ol>消除系統中的危險源可以從根本上防止事故發生。但是，系統安全的一個重要觀點是，人們不可能徹底消除所有的危險源，人們只能有選擇地消除幾種特定的危險源。一般來說，當某種危險源的危險性較高時，應該首先考慮能否採取措施消除它。

可以通過選擇恰當的生產工藝、技術、設備，合理的設計、結構形式或合適的原材料來徹底消除某種危險源。例如：
① 用壓氣或液壓系統代替電力系統，防止發生電氣事故；
② 用液壓系統代替壓氣系統，避免壓力容器、管路破裂造成沖擊波；
③ 用不燃性材料代替可燃性材料，防止發生火災。
應該注意，有時採取措施消除了某種危險源，卻又可能帶來新的危險源。例如，用壓氣系統代替電力系統可以防止電氣事故，但是壓氣系統卻可能發生物理爆炸事故。
2. 限制能量或危險物質
受實際技術、經濟條件的限制，有些危險源不能被徹底根除，這時應該設法限制它們擁有的能量或危險物質的量，降低其危險性。
（1） 減少能量或危險物質的量。例如：
① 必須使用電力時，採用低電壓防止觸電；
② 限制可燃性氣體濃度，使其不達到爆炸極限；
③ 控制化學反應速度，防止產生過多的熱或過高的壓力。
（2） 防止能量蓄積。能量蓄積會使危險源擁有的能量增加，從而增加發生事故和造成損失的危險性。採取措施防止能量蓄積，可以避免能量意外的突然釋放。例如：
① 利用金屬噴層或導電塗層防止靜電蓄積；
② 控制工藝參數，如溫度、壓力、流量等。
（3） 安全地釋放能量。在可能發生能量蓄積或能量意外釋放的場合，人為地開辟能量泄放渠道，安全地釋放能量。例如：
① 壓力容器上安裝安全閥、破裂片等，防止容器內部能量蓄積；
② 在有爆炸危險的建築物上設置泄壓窗，防止爆炸摧毀建築物；
③ 電氣系統設置接地保護；
④ 設施、建築物安裝避雷保護裝置。
3. 隔離
隔離是一種常用的控制能量或危險物質的安全技術措施，既可用於防止事故發生，也可用於避免或減少事故損失。
預防事故發生的隔離措施有分離和屏蔽兩種。前者是指時間上或空間上的分離，防止一旦相遇則可能產生或釋放能量或危險物質的物質相遇；後者是指利用物理的屏蔽措施局限、約束能量或危險物質。一般說來，屏蔽較分離更可靠，因而得到廣泛應用。
隔離措施的主要作用如下：
（1） 把不能共存的物質分開，防止產生新的能量或危險物質。例如把燃燒三要素中的任何一種要素與其餘的要素分開，防止發生火災。
（2） 局限、約束能量或危險物質在某一范圍，防止其意外釋放。例如在帶電體外部加上絕緣物，防止漏電。
（3） 防止人員接觸危險源。通常把這些措施稱為安全防護裝置。例如利用防護罩、防護柵等把設備的轉動部件、高溫熱源或危險區域屏蔽起來。
4. 故障——安全設計
在系統、設備的一部分發生故障或破壞的情況下，在一定時間內也能保證安全的安全技術措施稱為故障——安全設計 。一般來說，通過精心地技術設計，使得系統、設備發生故障時處於低能量狀態，防止能量意外釋放。例如，電氣系統中的熔斷器就是典型的故障——安全設計，當系統過負荷時熔斷器熔斷，把電路斷開而保證安全。
盡管故障——安全設計是一種有效的安全技術措施，但考慮到故障——安全設計本身可能因故障而不起作用，所以選擇安全技術措施時不應該優先採用。
5. 減少故障和失誤
物的故障和人失誤在事故致因中佔有重要位置，因此應該努力減少故障和失誤的發生。
一般來說，可以通過增加安全系數、增加可靠性或設置安全監控系統來減少物的故障。可以從技術措施和管理措施兩方面採取防止人失誤措施，一般地，技術措施比管理措施更有效。
常用的防止人失誤的技術措施有用機器代替人操作、採用冗餘系統、耐失誤設計、警告以及良好的人、機、環境匹配等。
（1） 用機器代替人。用機器代替人操作是防止人失誤發生的最可靠的措施。由於機器在人們規定的約束條件下運轉，自由度較少，不像人那樣有行為自由性，所以很容易實現人們的意圖。與人相比，機器運轉的可靠性較高。機器的故障率一般在10-4～10-6『之間，而人失誤率一般在10-2～10-3之間。因此，用機器代替人操作，不僅可以減輕人的勞動強度、提高工作效率，而且可以有效地避免或減少人失誤。應該注意到，盡管用機器代替人可以有效地防止人失誤，然而並非任何場合都可以用機器取代人。這是因為人具有機器無法比擬的優點，許多功能是無法用機器取代的。
（2） 冗餘系統，可以採取2人操作、人機並行的方式構成冗餘系統。2人操作方式是，本來由l個人可以完成的操作由2個人來完成。一般地，1人操作另1人監視，組成核對系統。如果 1個人操作發生失誤，另 l個人可以糾正失誤。人機並行方式是，由人員和機器共同操作組成的人權並聯系統，人的缺點由機器來彌補，機器發生故障時由人員發現並採取適當措施來處理。各種審查也可以看作冗餘措施。在時間比較充裕的場合，通過審查可以發現失誤的結果而採取措施糾正失誤。
（3） 耐失誤設計 。通過精心地設計，使得人員不能發生失誤或者發生失誤也不會帶來事故等嚴重後果的設計。耐失誤設計一般採用如下幾種方式：
① 利用不同的形狀或尺寸防止安裝、連接操作失誤。
② 採用聯鎖裝置防止人員誤操作。
（4） 警告。警告是提醒人們注意的主要方法，它讓人把注意力集中於可能會被漏掉的信息，也可以提示人調用自己的知識和經驗。可以通過人的各種感官實現警告，相應地有視覺警告、聽覺警告、觸覺警告和味覺警告。其中，視覺警告、聽覺警告應用得最多。
防止人失誤的管理措施很多，主要有根據工作任務的要求選擇合適的人員；推行標准化作業，通過教育、訓練提高人員的知識、技能水平；合理地安排工作任務，防止發生疲勞，使人員的心理緊張度最優；樹立良好的風氣，建立和諧的人際關系，調動職工的安全生產積極性等。
二、避免或減少事故損失的安全技術
避免或減少事故損失的安全技術的基本出發點是防止意外釋放的能量達及人或物，或者減輕其對人和物的作用。事故後如果不能迅速控制局面，則事故規模有可能進一步擴大，甚至引起二次事故而釋放出更多的能量或危險物質。在事故發生前就應該考慮到採取避免或減少事故損失的技術措施。
常用的避免或減少事故損失的安全技術有隔離、個體防護、薄弱環節、避難與援救等。

隔離</ol>作為避免或減少事故損失的隔離，其作用在於把被保護的人或物與意外釋放的能量或危險物質隔開。隔離措施有遠離、封閉和緩沖三種。

（1） 遠離。把可能發生事故而釋放出大量能量或危險物質的工藝、設備或工廠等布置在遠離人群或被保護物的地方。例如，把爆破材料的加工製造、儲存設施安排在遠離居民區和建築物的地方；一些危險性高的化工遠離市區等。
（2） 封閉。利用封閉措施可以控制事故造成的危險局面，限制事故的影響。
② 限制事故影響，避免傷害和破壞。例如，防火密閉可以防止有毒、有害氣體蔓延；高速公路兩側的圍欄防止失控的汽車沖到公路兩側的溝里去。
③ 為人員提供保護。把某一區域封閉起來作為安全區，保護人員。例如，礦井裡設置的避難室。
④ 為物質、設備提供保護。
（3） 緩沖。緩沖可以吸收能量，減輕能量的破壞作用。例如，安全帽可以吸收沖擊能量，防止人員頭部受傷。
2. 個體防護
實際上，個體防護也是一種隔離措施，它把人體與意外釋放的能量或危險物質隔離開。
3. 薄弱環節
利用事先設計好的薄弱環節使事故能量按人們的意圖釋放，防止能量作用於被保護的人或物。一般地，設計的薄弱部分即使破壞了，卻以較小的損失避免了大的損失。因此，這種安全技術又稱接受微小損失。常見的薄弱環節的例子如下：
① 鍋爐上的易熔塞。當鍋爐里的水降低到一定水平時，易熔塞溫度升高並熔化，鍋爐內的蒸汽泄放而防止鍋爐爆炸。
② 電路中的熔斷器、驅動設備上的安全連接律等。
4. 避難與救援
事故發生後應該努力採取措施控制事態的發展，但是，當判明事態已經發展到不可控制的地步時，則應迅速避難，撤離危險區。
為了滿足事故發生時的應急需要，在廠區布置、建築物設計和交通設施設計中，要充分考慮一旦發生事故時的人員避難和救援問題。具體地，要考慮如下問題：
① 採取隔離措施保護人員，如設置避難空間等；
② 使人員能迅速撤離危險區域，如規定撤退路線、設置安全出D和應急輸送等；
③ 如果危險區域里的人員無法逃脫的話，能夠被援救人員搭救。
為了在一旦發生事故時人員能夠迅速地脫離危險區域，事前應該做好應急計劃，並且平時應該進行避難、援救演習。
三、安全監控系統
在生產過程中經常利用安全監控系統監測與安全有關的狀態參數，發現故障、異常，及時採取措施控制這些參數不達到危險水平，消除故障、異常，以仿止事故發生。

安全監控系統的構成</ol>安全監控系統種類繁多，圖2—3是典型的生產過程安全監控系統示意圖。圖中虛線圍起的部分是安全監控系統，它由檢知部分、判斷部分和驅動部分三個部分組成。

典型的安全監控系統
檢知部分主要由感測元件構成，用以感知特定物理量的變化。一般地，感測元件的靈敏度較人的感官的靈敏度高得多，所以能夠發現人員難以直接察覺的潛在的變化。
判斷部分把檢知部分感知的參數值與規定的參數值相比較，判斷被監控對象的狀態是否正常。
驅動部分的功能在於判斷部分已經判明存在故障、異常，有可能出現危險時，實施恰當的安全措施。所謂恰當的安全措施，根據具體情況可能是停止設備、裝置的運轉，即緊急停，或者啟動安全裝置，或者向人員發出警告，讓人員採取措施處理或迴避危險。
根據被監控對象的具體情況，安全監控系統的實際構成有如下幾種：
（1） 檢測儀表。安全監控系統只有檢知部分由儀器、設備承擔。檢測儀表檢測的參數值由人員與規定的參數值比較，判斷監控對象是否處於正常狀態。如果發現異常需要處理時，由人員採取措施。
（2） 監測報警系統。安全監控系統的檢知部分和判斷部分由儀器、設備承擔，驅動部分的功能由人員實現。系統監測到故障、異常時發出聲、光報警信號，提醒人員採取措施。在這種場合，往往把作為判定正常或異常標準的規定參數值定得低些，以保證人員有充裕的時間做出恰當的決策和採取恰當的行動。
（3） 監控聯鎖系統。安全監控系統的三個部分全部由儀器、設備構成。在檢知、判斷部分發現故障或異常時，驅動完成緊急停車或啟動安全裝置，不必人員介入。這是一種高度自動化的系統，適用於若不立即採取措施就可能發生事故，造成嚴重後果的情況。
2. 安全監控系統可靠性
安全監控系統的任務是及時發現故障或異常，及早採取措施防患於未然。然而，安全監控系統本身也可能發生故障而不可靠。安全監控系統可能發生兩種類型的故障，即漏報和誤報。
（1） 漏報。在監控對象出現故障或異常時，安全監控系統沒有做出恰當的反應（例如報警或緊急停車等） 。漏報型故障使安全監控系統喪失其安全功能，不能阻止事故的發生，其結果可能帶來巨大損失。
為了防止漏報型故障，應該選用高靈敏度的感測元件，規定較低的規定參數值，以及保證驅動動作可靠等。
（2） 誤報。在監控對象沒有出現故障或異常的情況下，安全監控系統誤動作（例如誤報警或誤停車等）。誤報不會導致事故發生，故屬於「安全故障」型故障。但是，誤報可能帶來不必要的生產停頓或經濟損失，最嚴重的是會因此而失去人們的信任。為了防止誤報型故障，安全監控系統應該有較強的抗干擾能力。
安全監控系統的漏報和誤報是性質完全相反的兩種類型故障，提高安全監控系統可靠性是一件困難的工作。一般來說，表決系統既可以提高防止漏報型故障性能，又可以提高防止誤報型故障的性能，可以有效地提高安全監控系統的可靠性。

B. 漫談LNG裝置中控室抗爆改造問題

近些年隨石化、化工裝置安全事故頻發引發了人們對安全問題的關注，其中石油化工裝置中控制室抗爆問題近年來格外引人注目。如《危險化學品安全專項整治三年行動實施方案》中提出「涉及甲乙類火災危險性的生產裝置控制室、交接班室原則上不得布置在裝置區內，確需布置的，應按照《石油化工控制室抗爆設計規范》（GB50779-2012），在2020年底前完成抗爆設計、建設和加固」。由於LNG裝置中的烴類等可燃物質具有爆炸風險，因而這一規定也適用於LNG裝置。本文結合作者服務過的LNG裝置控制室改造的實際案例就相關標准、規范對LNG控制室抗爆設計的要求及對已建成的LNG裝置如何進行抗爆改造等進行簡單匯總，希望可以幫助行業從業人員加深對控制室抗爆要求的理解，理清整改及新建中控室的抗爆設計的工作思路。

一、LNG中控室抗爆設計的必要性

縱觀國內LNG廠站設施，目前新建裝置的中控室一般布置在裝置區外（是否需要抗爆應根據爆炸風險評估結果確定）；而前些年建設的小型LNG工廠項目，有大量的工廠中控室是建在裝置區內的，作為全廠重要設施及人員集中場所，且其距離火災危險設備相對較近，按照《危險化學品安全專項整治三年行動實施方案》的條文要求，該類裝置的中控室抗爆設計建設整改將成為必然面對的課題。具體說來，實施方案對抗爆控制室的整改要求如下：

（1）涉及爆炸危險性化學品的生產裝置控制室、交接班室不得布置在裝置區內，已建成投用的必須於2020年底前完成整改。

（2）涉及甲乙類火災危險性的生產裝置控制室、交接班室原則上不得布置在裝置區內，確需布置的應按照《石油化工控制室抗爆設計規范》（GB50779-2012），在2020年底前完成抗爆設計、建設和加固。

（3）具有甲乙類火災危險性、粉塵爆炸危險性、中毒危險性的廠房（含裝置或車間）和倉庫內的辦公室、休息室、外操室、巡檢室，2020年8月前必須予以拆除。

對照上述條文（2），LNG工廠內的中控室應參照GB50779（注意該規范目前正在修訂升版，修訂後的標准GB/T 50779預計將在今年頒布，與2012版比較，GB修訂為GB/T，名稱由《石油化工控制室抗爆設計規范》修訂為《石油化工建築物抗爆設計標准》）。此外，除中控室之外，一些LNG工廠同時還有現場機櫃間，上述三條要求中並未提及現場機櫃間，尤其是無人值守的現場機櫃間問題，對此可以參照SH/T 3006-2012《石油化工控制室設計規范》及HG/T20508-2014《控制室設計規范》等相關標准。概括的說，建築物是否需要考慮抗爆性能主要取決於建築物是否位於爆炸風險的區域內和建築物內是否有人員長期停留。目前新建的中央控制室等重要建築一般布置在遠離裝置區的位置，其是否需要抗爆應根據爆炸風險評估確定。LNG工藝裝置區內的控制室、有人值守的機櫃間等建築物是重要設施，同時還是人員集中場所，距離火災危險設備相對較近，為防止裝置區發生火災、爆炸等事故時對其造成損害，故規定其宜進行抗爆設計。

二、新建LNG裝置中控室的抗爆設計

抗爆控制室的設計需要在布置、建築結構及暖通空調等三方面的加以注意。對此稍許展開說明如下。

應符合現行國標《石油化工企業設計防火規范》GB50160的有關規定，應布置在非爆炸危險區域內，並可根據安全分析（評估）報告的結果進行調整，同時應符合下列要求：

1）抗爆控制室宜布置在工藝裝置的一側，四周不應同時布置甲、乙類裝置，且布置控制室的場地不應低於相鄰裝置區的地坪。（基於防止可燃氣體在控制室周圍聚集的考慮）

2）抗爆控制室應獨立設置，不得與非抗爆建築物合並建造。（基於避免在裝置爆炸狀態下，非抗爆建築物可能產生的碎塊阻塞控制室內人員疏散通道的考慮）

3）抗爆控制室應至少在兩個方向設置人員的安全出口，且不得直接面向甲、乙類工藝裝置。（現行國家標准《建築設計防火規范》GB50016-2014（2018年版）的要求；基於提高人員疏散可能性的考慮，要求在建築物不同的方向設置疏散口）

（1）建築設計

1）抗爆控制室的建築層面不得採用裝配式架空隔熱構造，女兒牆高度應在滿足屋面防水構造要求的情況下取最小值，並宜採用鋼筋混凝土結構。

2）建築物外牆不應設置雨篷、挑檐等附屬結構。

3）建築物不得設置變形縫。

4）面向甲、乙類工藝裝置的外牆應採用抗爆實體牆。需在該牆體上開洞時，應經過抗爆驗算。

5）在人員通道外門的室內側，應設置隔離前室。（設置隔離前室主要是為了有效地保持室內的正壓（防爆措施）環境；同時，當外門在爆炸荷載的作用下損壞時，成為第二道防護體系。）

6）活動地板下底面以上的外牆上不得開設電纜進線洞口。基礎牆體洞口應採取封堵措施，並滿足抗爆要求。（主要是為了防止裝置爆炸產生的超壓通過電纜槽盒及建築外牆上的開洞進入室內。）

7）操作室內、外地面高差不應小於600mm，其中活動地板下地面與室外地面的高度差不應小於300mm。空氣調節設備機房室內、外高差不應小於300mm。

（2）建築門窗

控制室外門、隔離前室內門、計算荷載、開啟方向、自動閉門器、配置逃生門鎖及抗爆門鏡、密封要求、聯鎖要求、內外窗選型等均有明確要求。

（3）結構設計

混凝土的強度等級、鋼筋的抗拉強度、屈服強度、最大拉力下的總伸長率及抗爆結構件的鋼筋強度等級以及配筋面積等都作了明確規定。

抗爆控制室的重要房間、一般房間的空調系統、通風空調設備聯鎖、新風及回風過濾要求、備用空調機要求、抗爆控制室的排煙系統要求等均有明確規定，具體可以查閱上述的規范。

三、已有LNG裝置中控室改造思路

為了提升爆炸沖擊波危險區域內不滿足抗爆要求的工廠內部既有建築物的抗爆能力，防止重大人員傷害，宜對其進行抗爆治理，現根據以上所列的現行規范對相關治理原則要求整理如下：

1）當建築物受到的爆炸沖擊波超壓≥6.9kPa或沖量≥207kPa•ms，且未進行抗爆設計時，建築物宜進行抗爆治理。

2）建築物抗爆治理應優先考慮撤出建築物內人員的方案。無法實現無人值守時，應對建築物進行抗爆治理。抗爆加固的工程成本過高或抗爆加固改造後建築物難以滿足GB50016、GB50160及其他現行國家標准要求的，應考慮將建築物遷至爆炸沖擊危險等級為低級的區域。

3）對於其他抗爆能力不足的既有建築物，應根據建築物內的人員數量、建築物的重要性、建築物結構類型、爆炸沖擊波大小及建築物損壞程度等，分批進行抗爆治理。

4）當既有建築物的一部分需要抗爆加固時，應對建築物整體進行結構安全核算，核算時應考慮非抗爆部分在爆炸中破壞後對抗爆加固部分的作用和影響。

5）應根據建築物結構安全性核算結果、生產操作環節的制約、建築物的現狀及場地狀況，綜合權衡適用性、可實施性及經濟性等因素，制定全面完整的抗爆治理方案。可選擇新建抗爆建築物或對既有建築物進行抗爆加固。

6）對既有建築物進行抗爆加固時，可採用直接加固法（例如各類結構加固法、抗爆塗層法等）或間接加固法（例如增設支點加固法、抗爆庇護罩法等），加固方法的相關要求應滿足GB/T50779（最新）的規定。

7）當建築物鋼筋混凝土構件（鋼筋混凝土柱、梁、板）不滿足抗爆安全要求時，可採用各類結構加固法或間接加固法，例如增設支點加固法、加大截面加固法、外包型鋼加固法、粘貼符合材料加固法和增設剪力牆法等。

8）對既有建築物的牆體進行抗爆加固時，宜選擇抗爆塗層法。抗爆塗層法加固時，宜在建築物內側噴塗抗爆塗層，噴塗厚度應根據計算結果確定。

9）抗爆塗層動態性能應通過其他爆炸沖擊波測試的驗證（作用在抗爆塗層上的峰值反射壓力不得低於300kPa，正壓作用時間不得低於150ms），並提供爆炸沖擊波測試報告。未通過氣體爆炸沖擊測試驗證的抗爆塗層不得用於石油化工建築物的抗爆治理。

10）對於採用直接加固方法無法滿足抗爆要求的建築物，可採用抗爆庇護罩法。普通的磚混結構建築物宜採用抗爆庇護罩法進行抗爆加固。

11）對於面積較小、改造難度大的建築物，可選用模塊化的可移動式抗爆庇護設施。

12）謹慎使用在建築物與爆炸源之間增設抗爆牆的抗爆加固方法。如果確需使用該方法，應通過CFD方法詳細模擬爆炸沖擊波傳播過程，並進行專項論證。

四、已有LNG工廠中控室改造實例

華北某LNG工程於2008年建成投產，並於2010年進行技術改造，增加二期液化裝置的設計和施工，二期裝置於2012年建成投產。結合《全國安全專項整治三年行動計劃》（國務院安委【2020】3號）、二級標准化復查及安全生產經營許可證換證對控制室的相關要求，需將該LNG工廠原控制室改造為抗爆控制室。

結合安委辦3號文的要求，改造前該中控室存在的問題有（見上圖1所示平面圖）：

（1）原控制室與電容室、配電室為合並建築，未獨立設置；

（2）原控制室採用鋼結構，且朝向危險區域方向存在非防爆窗；

（3）原控制室在生產區內且牆體不是抗爆實體牆、未設置隔離前室、且門上部設有挑檐，為非防爆建築。

經過討論，改造的備選方案有：

（1）在原中控室與危險區域之間增設抗爆牆；

（2）選址重建抗爆控制室；

（3）在原址上改建抗爆控制室。

當地應急管理廳不認可增設抗爆牆的做法，故而方案1無法實施。因場內其他位置無法滿足新抗爆控制室的大小及位置要求，所以方案2也無法實施。最終僅有原址改建的方案可行。

1）將控制室與配電室分離成單獨的建築；

2）將控制室結構由鋼結構改為鋼筋混凝土結構；

3）將控制室牆體由岩棉板改為鋼筋混凝土實體牆；

4）在門口增加隔離前室；

5）將控制室門改為防爆門，未設置窗戶；

6）增加冗餘的空調、新風、消防排煙等系統。

    控制室改造工期較長，需考慮在工廠正常運行的情況下進行改造。因而提前建立了臨時中控室，改造前將系統搬遷至臨時中控室（年度停機檢修時進行）；且在改造前對控制櫃及相關控制電纜做硬性防護（臨時隔離間），並安裝臨時空調以保證控制櫃處於恆溫恆濕的狀態；對涉及到的控制櫃及相關控制迴路逐個進行工藝安全性分析，確定每一個控制迴路出問題時所造成的影響及應對措施，制訂《工藝防控方案》，並在改造正式開始前對所有人員進行培訓。又通過對各系統的控制邏輯及通訊中斷對現場的影響進行分析後，制定了不停機回遷方案，保證了整個改造期間LNG工廠的正常運行。

五、結語

當前國家高度重視石化等行業的安全生產問題。本文作者結合服務過的LNG裝置控制室改造的實際案例就相關規范對LNG控制室抗爆設計的要求及對已建成的現有LNG裝置如何進行抗爆改造等進行了匯總，文中引用的案例來自於團隊真實的整改案例，考慮到各地LNG裝置實際運行的差異性，這些匯總難以面面俱到，目的在於拋磚引玉，引起行業同仁們的探討交流及重視，不當之處還請指正。

C. 在化工設計中應考慮哪些防火防爆問題

化工管道設計應考慮哪些問題

淺談石油化工管道設計中常見的問題以及注意事項
摘要：管道設計屬於一門綜合性技術，要求設計人員具有生產操作、工藝、設備、施工與檢修等方面的知識，並且了解管道設計中常見問題，本文從管道布置、支吊架選擇、材料采購、材料選用等多個方面探討了管道設計中常見的問題以及注意事項。
關鍵詞：管道；安全；布置；材料；采購； 1前言

在石油化工裝置中，管道作為物料輸送的一種特種設備在裝置中起著非常重要的作用。由於管道種類繁多，使用工況千差萬別，影響因素和環節比較多。因此，一個好的管道設計涉及到多個方面，它不僅包括管道布置、支吊架選擇、應力分析，材料選用，而且還會涉及到材料的采購。對於化工工藝設計初學者來說，總會遇到一些基本問題，比如說管道設計溫度和設計壓力如何確定，筆者發現一些初學者根據已知的工作溫度和工作壓力很隨意地確定設計溫度和設計壓力，過小會造成安全隱患，導致事故，過大則會造成材料浪費。下面就針對化工工藝設計過程中的一些常見問題以及注意事項分別闡述。
2管道設計壓力和設計溫度的確定
2.1管道設計壓力
管道設計壓力是指工作條件下，管系中可能遇到的工作壓力和工作溫度組合中最苛刻條件下的壓力。
（1）管道設計壓力的確定原則：
① 管道設計壓力不低於最大工作壓力。
② 裝有安全泄放裝置的管道其設計壓力不得低於安全泄放裝置的開啟壓力（或爆破壓力）。
③ 所有與設備相連接的管道，其設計壓力應不小於所連接設備的設計壓力。
④ 輸送製冷劑、液化氣等沸點低的介質的管道，應按閥關閉或介質不流動時介質可能達到的最大飽和蒸汽壓力作為設計壓力。
⑤ 離心泵出口管道的設計壓力應不小於泵的關閉壓力。
⑥ 往復泵出口管道的設計壓力應不小於泵出口安全泄放裝置的設定壓力。 ⑦ 壓縮機排出管道的設計壓力應不小於安全泄放裝置的設定壓力和壓縮機

D. 化工工藝設計安全問題及控制論文

化工工藝設計安全問題及控制論文

摘要： 在我們常見的化工生產中，所使用的大部分材料都是危險化學品，特別是在一些化工工藝有高溫高壓為反應條件的生產中，反應相對激烈，而且還會釋放出大量的熱量，產生氣體，由此很容易引發一些安全事故，如火災、化學材料泄露、爆炸等事故，所以在化學生產中，我們需要一些措施來盡可能的避免安全事故的發生，在本文中，我們對各種有可能出現的事故的安全問題進行分析。

關鍵詞： 化工工藝；安全問題；工藝設計

我們目前很多化工工藝的設計在生產過程中都存在著安全問題，而化工生產的工藝設計中，化工工藝是影響的安全的關鍵因素，所以在化工工藝設計中應該對生產中的安全問題進行有效的控制，在化工工藝設計與生產過程中一定要按照相關政策嚴格執行，對化工工藝設計中可能存在的安全問題進行有效的控制，並且對化工工藝設計要嚴格控制，這樣才能保證化工工藝設計的發展快速穩定。

1、關於化工工藝設計

1.1化工工藝設計的內容

化工工藝設計主要包括三個方面：工藝流程、設備布置、管道布置，首先設計人員要對工藝流程有一定的了解，之後根據工藝進行計算並繪制流程圖，然後通過工藝計算和流程圖提出設備需要具備的條件，然後交給設備專業的人員，並且提供出設計所需的相關參數，而且還要提供工藝控制方面的參數，以此來作為自控專業儀表選型的依據，然後工藝在根據工藝流程圖來進行設備的初步布置，最後在有管道專業根據設備布置圖配管完成最終的管道布置。

1.2化工工藝設計的特點

化工工藝的種類有很多，而且規格更是大相徑庭，這樣的話對於設備的選用就提出了很高的要求，所以化工工藝設計的工作量是非常大的，但是在時間方面又不能太過拖延，這也是化工工藝設計的一個特點，一般來說，化工工藝的總體投資都是非常多的，像反應裝置、設備系統等項目都是非常復雜的，熱切化工工藝中所使用的材料也是非常特殊的，為了可以更快的投入生產和使用，並且在短期內就可以佔領市場，化工工藝的設計必須要具有較高的工作效率，在很多化工企業為了減少設計周期，大多是採用邊生產，邊設計的方式，這種方式雖然減少了工作周期，往往忽視了安全問題，因此對化工生產中的各個環節埋下了很多的安全隱患，因為各種化工生產規模不同，為了減少化工工藝設計的經費，在一些設計和實際操作沒能按照相關規定進行，有的時候為了獲得需要的工程數據，化工工藝設計的規模也會進行一定程度的增長，化工工藝設計要考慮最多的問題就是安全問題，對平常生產過程中各個階段存在的安全隱患都要進行嚴格的識別和控制，盡可能的將各種隱患都做好相應的安全預案，以此來保證化工生產的安全性。

2、化工工藝設計中的安全問題

2.1化工反應裝置的安全問題

化工反應時化工產品的核心，在化工反應中，會出現各種各樣的安全隱患，在生產過程中很容易產生安全事故，尤其是在化工反應裝置方面，存在著很多不可控制的因素，在反應裝置設計時，必須要進行准確的計算和嚴格的分析，化工工藝設計時要考慮到各個反應物的反應速率和化學反應時產生的熱效應，為了准確的控制化學反應，在工藝設計時要嚴格控制各個材料的進料量，對於反應的熱量要准確的控制好，對於設備的冷卻能力也要有較高的要求，在控制反應速率方面我們可以設計成多級反應的.模式，然而在我們實際的生產過程中，由於各種原因，無法達到設計時的理論數據，所以在生產時經常會對設備產生一定的損害，往往會因為超壓或者超溫致使化工設備變形，如果這種問題不能及時的解決，那麼很容易產生安全事故，針對這一問題，我們在對於化工設備的設計時應該加入適當的壓力釋放裝置。

2.2設備管道的安全問題

在化工生產的過程中，管道運輸的材料一般都是易燃易爆、腐蝕性強的物品，如果管道在運輸的過程中出現泄露的話，有毒有害的化學物質將會暴露在自然環境中，對環境的危害是非常大的，而且這種情況對化工生產也是很大的安全隱患，如果因為管道泄露而造成化學反應中各成分不能按照設計比例進行反應，那麼很容易就會出現一系列的不合格產品，甚至在一些關鍵的反應中有可能出現超高溫甚至是爆炸的情況，在管道方面為了盡量保證安全性，這就對管道的材料和接頭、拐彎處選用合適的直徑和正確的材料，在這些容易出現泄露的地方都是應該重點關注的，在這些地方不僅材料要有針對性的選擇，而且在施工的過程中也要嚴格按照有關規定來執行，一定不能偷工減料，而且在管道的設計中，應該加入避免出現水錘、氣液共存現象而導致危害管道安全的情況出現。

3、加強化工工藝設計安全控制的措施

3.1加強化工工藝路線安全設計

化工生產的連續性是非常強的，而且施工工藝也非常復雜，所以說化工生產中各種生產環節在安全性上都應該做到最好，將危險的可能性降到最低，而且一個環節出現問題那麼很可能會影響到整個生產的線路，在化工工藝設計時應盡可能地選擇低危險性的物料和反應方式，在可以選擇多種方案是應該以安全性最高的情況方式選擇，並且在可能的情況下盡量避免危險性高的線路。

3.2化工工藝反應裝置的選擇

在化工生產過程中，一般都會涉及到多個化學反應類型，如置換反應、取代反應、裂解、聚合、氧化、還原、縮合反應等等，不同的反應有不同的特點，所以在設計時應該有針對性的選擇材料，而且在設計時必須要考慮到高溫、高壓等反應時，容器可以承受的程度，所以說在材料強度和穩定性都是反應裝置的設計方面必須要考慮的問題。

4、結束語

化學生產的過程中，常常會涉及到一些危險品，而且化學生產的反應過程大多是高溫、高壓的條件下進行的，而且在生產過程中還涉及到管道運輸的問題，如果在管道的方面出現安全問題那麼對整個生產線都有很大的隱患，所以在設計時因該在保證生產線安全的情況下保證設計的快速，高效以及穩定的生產線，只有更快、更穩定的發展，才能為企業創造出更多的效益，並且可以有效的推動我國化工工藝的作用。

參考文獻：

[1]李躍雲,董喜紅.淺析化工工藝設計中安全危險的識別與控制[J].黑龍江科技信息,2010(09):23-27.

[2]趙強.淺談對化工工藝設計中危險因素控制的思考[J].化工管理,2013(22):18-26.科學技術

E. 石化企業排水系統和安全措施設計

排水系統是給排水設計中的一項重要內容。石化企業排水系統因所接納污水性質和所在區域的特殊性，必須要確保其能夠安全運行。依據相關規范，同時結合工程實踐經驗，探討了石化企業排水系統設計時應注意的問題及應採取的安全措施。
排水系統是每個企業正常生產運行中不可缺少的組成部分，鑒於化工生產過程中所使用的原材料、輔助材料、半成品和成品中絕大多數屬於易燃或可燃物質，許多物料還具有毒性、腐蝕性，石化企業排水系統在設計時就需要考慮相應的安全措施，防止發生安全事故。本文依據相關規范，同時結合工程實踐經驗，探討石化企業排水系統設計時應注意的問題及應採取的安全措施。
1石化企業排水性質及特點
石化企業通常有工藝裝置區、原料及成品儲存區、運輸裝卸區、公用設施區、輔助生產區、管理區六大區域。各區域排水性質見表1。
2導致排水系統不安全的因素
導致排水系統不安全的因素一般包括：①未分辨排水水質性質，一些本應先經過預處理或專設廢水排水管的污廢水，在沒有得到有效處置時直接排入全廠性生產排水系統；②對突發的工況估計不足，造成污廢水外流茄返遲，導致環境污染，甚至引發大面積爆炸；③對排水管道材質、敷設方式、水封等細節考慮不充分；④忽視企業生產運行後的日常維護和管理，造成安全事故。
3排水系統設計
3．1排水系統設置依據「清污分流，分質排水」原則，石化企業應設置不同的排水系統，如生活污水系統、生產廢水（含初期雨水）系統、清凈廢水和雨水系統，也可根據不同的處理要求增加或合並其他排水系統。3．1．1生活污水系統生活污水宜採用獨立的排水系統［1］。如遇門衛室等距離廠區生活排水系統較遠，且排水不影響生產廢水處理效果時，在化糞池後可直接排入廠區生產廢水系統。匯入前必須設置水封等隔斷措施［2］，避免生產廢水系統中有毒有害氣體、可燃氣體反竄入生活設施而引發安全事故。
3．1．2生產廢水（含初期雨水）系統生產廢水系統要結合廢水性質、濃度、水量、排水頻率及排水場所特點，合理確定預處理、收集、處置方式等各環節設計方案。生產廢水管中如存在能引起爆炸及火災危險的氣體，在與此管網連接的各世賣處排水出建構築物、設備區、罐區等處；全廠支幹管與干管交匯處；全廠支管、干管管長超過300m處時均應設置水封措施［1，3-4］。除在工藝裝置、罐區等場所外，在丁戊廠房、公用工程等排水本身沒有可燃物質的場所，為確保排水系統安全，其排水在匯入生產廢水管網系統前也需設置水封井［4］，以防止危險氣體反竄。一般罐區、泵區、工藝裝置區、裝卸站等露天區域均需考慮初期雨水。設計時要合理確定初期雨水量的受污染面積，一次降水深度按15～30mm確定［2］。消防事故狀態下應採取應急措施，避免廢水外排對水體環境的影響。
防火堤、圍堰、初期雨水池、消防廢水池等都可以用來儲存消防廢水。消防廢水量計算時應包括消防用水量、物料泄漏量、事故時匯入消防廢水收集系統的降雨量及廢水量［5］。3．1．3清凈廢水系統公用設施區、輔助生產區等區域的清凈廢水雖然本身沒有危險性，且排水區域危險類別多屬丁戊類，但經常因為管網造價、工程佔地等原因將其排入全廠生產廢水管，容易忽視安全問題，引發爆炸事故。因此，上述區域排水並入全廠生產廢水前應採取水封、降溫等安全措施。清凈廢水的污染性也不能被忽略。開式循環冷卻水系統排水包括系統排污水、旁流水處理過程的反沖洗排水、清洗預膜過程的置換水、水池溢流排空水等；閉式系統在試車、停車或緊急情況下會排出含有高濃度葯劑的循環冷卻水，處置方式需根據排顫李放標准結合水質情況確定，優先考慮回用，不能回用的超標廢水經過處理達標後才能排放。
3．2排水系統布局
3.2.1合理規劃排水路徑排水路徑應保證污廢水排除順暢，同時考慮日常維護及事故狀態下對周圍水體帶來的影響。規范對輸送易沉介質、有毒害介質、腐蝕性介質的管道、壓力流污水管道建議架空敷設［1，6］，可以方便檢修，並能及時發現安全隱患。含有可燃液體的生產廢水管不能縱向敷設於車行道和工藝管廊下［1，3，6］，既可以降低汽車尾氣帶來的火災危險，又能避免檢修時開挖道路對通行造成的影響。消防廢水池要結合廠內地坪高度，設置在管網末端工廠地勢低窪處，否則會給事故應急響應工作帶來困擾。如某些老廠改造時將消防廢水池設置在管網起端，水池與管網間連通管設在現有管道標高以上，而廠內地坪整體由管網起端向管網末端降低，這樣的設置非常不利於消防廢水的收集。事故時，管網末端切斷閥關閉後，水位抬高到連通管標高以上才能迴流入廢水池中。
3．2．2正確選擇排放方式污廢水排放方式可以是重力流管道、明溝、壓力提升或以上幾種形式的組合。無論採用哪種方式，都需結合排水水質特性、排水源所在位置等綜合考慮後確定，並保證排水及時有效、安全合理。含可燃物質的生產廢水、含油污水應用管道或暗溝方式排水［3，7］；清潔雨水可用明溝或暗管排水；對需架空敷設的管道均應採用壓力提升方式排水。明溝排水時需注意：①為避免揮發性有害物質等引發的次生事故，雨水排水系統兼作消防事故水收集系統時不能使用明溝形式；②室內採用明溝排水，且明溝需控制在30m以內時，每段明溝需分別排入生產廢水系統，不能使用暗管將各段明溝連通；③為防止低溫液體泄漏氣化時迅速膨脹引起爆炸，低溫罐區裝卸口30m范圍內應採用明溝形式排水。
3．3排水系統設施設計
3．3．1爬梯腐蝕性污水井內不設爬梯［1，6］，類似場所：初期雨水池、事故池等。爬梯屬井、池內的附屬構件，往往被隨意對待，給以後的檢修工作帶來安全隱患。如果不能確定防腐措施的效果，正確的做法是不設爬梯。3．3．2跌水井含有揮發性有毒、有害、可燃氣體的污水管道系統不應設置跌水井［1］。在新建和已建管網系統連接時，應當特別注意銜接點的標高，不能使含有上述污水的排水產生跌水現象。3．3．3水封水封設置時容易忽略的幾處位置：①敷設有可燃氣體、液化烴、可燃液體管道的管溝［3］；②隔油池進出水管道［3］；③重力流循環水回水在工藝裝置總出口處［6］。3．3．4檢查井與通氣管甲、乙類的罐區、裝置區內的檢查井，散發有毒有害氣體可引起火災、中毒事故的管道，隔油池5m以內的水封井、檢查井，均要求井蓋與井座間密封，且井蓋不得有洞［1，3］。
為保證管道內可燃氣體有組織排放，減少明火接觸，甲、乙類裝置區、罐區的支幹管、干管最高處檢查井內，隔油池內設排氣管。需有通氣措施的類似場所還有化糞池、降溫池［8］。3．3．5管道材質與防滲管道防滲很容易在工程設計中被忽略，其做法與管道材質有著密切關聯［9］。選擇管道材質除根據污廢水水質［10］，還應考慮管道防滲做法，需結合工程施工難度及工程造價後確定。3．3．6切斷閥排水系統選用切換閥時需要注意閥門類型。很多工廠在進行管道切換時採用閘門，此種閥門有一定的泄漏量，即無法實現完全截斷，會有少量過流。如果需要完全切斷，選用刀閘閥較為合適。為保障人身安全及應急操作及時有效，工廠排放口處、及距罐區、裝置區小於15m范圍內的排水切斷閥需考慮遠程式控制制功能。
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F. 平價一個設計設備工藝過程是否安全從幾方面考慮

化工生產具有高溫高壓、深冷負壓、易燃易爆、介質有毒、腐蝕性強、生產過程高度連續性等特點，對工藝操作控制的要求非常苛刻，為了確保裝置建成後運行安全，特擬寫《綜合利用項目系統安全方案》，從工藝的安全設計和安全控制、防火防爆等幾個方面去綜合考慮，從源頭上消除隱患，在過程中控制風險，全面實現安全生產。

第一節、工藝安全設計
安全設計就是把生產過程中潛在的不安全因素進行系統地辨識。這些不安全因素能在設計中消除的，則在設計中消除，若不能消除的，要在設計中採取相應的控制措施和事故預防措施。從設計階段對安全問題進行科學和周密的考慮，避免設計上的「先天不足」，是化工生產中的一個至關重要的環節。
一、安全設計應考慮的因素
化工安全應考慮的因素很多，可以概括為「八防」：
1、防火防爆，如配置可燃氣體報警儀、安全閥、壓力表等；
2、防中毒和窒息，如配置有毒有害氣體檢測儀，氣體泄露檢測、排風連動裝置；
3、防機械傷害，如旋轉機械加防護罩；
4、防物體打擊，如在立體作業區域加裝物體墜落分隔層；
5、防高處墜落，如加裝防護欄；
6、防觸電，安裝漏電保護器；
7、防灼燙，如將管線盡可能的設計為非正面對人的位置；
8、防職業病，如通風除塵等工業衛生措施。
二、工藝安全設計包括的內容
工藝安全設計是安全設計的主體和核心，它主要包括以下內容：
1、工藝路線的安全設計；
工藝路線的安全設計，應根據不同的生產工藝，綜合考慮各種工藝危險因素進行設計，選擇先進、可靠、安全的工藝路線。
2、工藝裝置的安全設計；
（1）、工藝裝置設計的安全要求
在工藝裝置設計中，必須把生產和安全結合起來，加以妥善全面地處理，並符合以下基本要求：
①、從保障整個生產系統的安全出發，全面分析原料、成品、生產過程、設備裝置等的各種危險因素，以確定安全的工藝路線，選用可靠的設備裝置，並採用有效的安全裝置和措施。
②、在生產運行過程中，能有效地控制和防止火災爆炸的發生。防火方面，根據生產中存在的可燃物、助燃物、點火源的情況，對形成的火災危險採取相應的消防措施。根據可能形成爆炸性混合物
的條件、起爆原因和傳爆條件，採取相應措施，控制和消除形成爆炸的條件，阻止爆炸破壞作用的擴大。
③、有效控制化學反應中的超溫、超壓、和爆聚等不正常情況，並採取相應的預防措施。
④、對可能產生大量泄漏危險的設備系統，採取相應的檢測和安全防護措施，避免物料泄漏造成火災、爆炸和中毒。
（2）、工藝裝置內的平面布置
從防火防爆的安全形度出發，工藝裝置內布置應盡可能滿足以下要求：
①、工藝裝置內的設備、建築物平面布置的防火間距應滿足有關標准規定。
②、工藝裝置內的設備宜布置在露天或半露天的建築物、構築物內，盡量縮小爆炸危險場所范圍，並按生產流程、地勢、風向等要求分別集中布置。
③、明火加熱設備應遠離可能泄露的可燃氣體或蒸汽的設備。兩個或兩個以上的明火設備應集中布置在裝置的邊緣，並處於散發可燃氣體或蒸汽的設備全年最小頻率風向的下風側。
④、甲、乙類生產裝置的設備、建築物、構築物應布置在裝置的邊緣；高壓及有爆炸危險的設備，通常布置在一側或放在防爆構築物內。